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格子玻尔兹曼方法(LatticeBoltzmannMethod,简称LBM)是20世纪80年代迅速发展起来的一种新的流体动力学数值模拟方法。LBM从微观层次出发,采用统计物理方法得出流体的宏观特性.而且在可操作性方面,它计算方便,编程易于实现,边界易于处理等优点已经得到广泛的认可。
血液系统是一种复杂的生物系统,有多样的边界和多种流态,而LBM是目前处理血液流动的最有前途的方法。我们的工作主要是应用LBM模拟动脉的血液流动情况,从血液动力学方面揭示动脉粥样硬化的局部特征,并对其发展过程和对血液影响进行详细的研究,为血管的外科手术提供有用的技术资料。
本论文工作对使用LBM模拟脉动流进行了详细的理论调研,给出了程序的设计思路,使用LBM模拟二维脉动流在直管和有凸包情况下的流场分布,并对模拟结果进行讨论。
本论文内容主要包括以下四个方面:
(一)通过模拟压力特定条件下的二维直管内非定常流的流动状态,对中轴线上的流点的流动情况进行了详细的研究。并将模拟结果与解析结果进行了比较,显示LBM方法能将误差控制在比较小的数量级,证实了LBM方法的可靠性。
(二)将LBM推广到无回流模型,模拟出了无回流模型的速度和压强的分布,分析了当压力增大时脉动流速的变化规律。
(三)将LBM推广到有凸包的脉动流模型,模拟了他们的脉动流速度矢量沿着凸包方向的改变,并且发现当驰豫系数tau低于某一特定值时,有凸包的脉动流模型中凸包下游出现涡,与实验事实相一致。为今后模拟更加真实的血液流动打下了基础。
(四)将普通直管脉动流和有凸包的脉动流比较,相同参数时发现有凸包模型流动状态的不同,有凸包的脉动流更加容易出现涡,为血液病变对血液流动的影响的研究提供了参考。